HO-CH 2 -(CHOH) n-1 -CO-CH 2 OH

Transcript

1 ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ 3/4 του βιολογικού κόσμου 80% ενέργειας ανθρώπινης δίαιτας Μονοσακχαρίτες: αλειφατικές πολυυδροξυ C x (H 2 O) y Αλδεΰδες (αλδόζες) Κετόνες (κετόζες) HO-(CHOH) n -CHO HO-CH 2 -(CHOH) n-1 -CO-CH 2 OH

2 Στροφική ικανότητα [α] D 20 - Πολυστροφισμός

3 3 Κατάταξη υδατανθράκων - Μονοσακχαρίτες 1. Μέγεθος της βασικής ανθρακικής αλυσίδας. 2. Θέση του C=O. τριόζη τετρόζη πεντόζη εξόζη αλδόζη κετόζη

4 Κατάταξη υδατανθράκων 4 3. Αριθμός μονάδων σακχάρου. Απλοί: Μονοσακχαρίτες: μία μονάδα σακχάρου. Σύνθετοι: Δισακχαρίτες: δύο μονάδες σακχάρου. Ολιγοσακχαρίτες: 2-10 μονάδες σακχάρου. Πολυσακχαρίτες: >10 μονάδες σακχάρου. 4. Στερεοχημεία. Εναντιομέρεια: D- και L-. Κυκλοποίηση: κυκλικοί και άκυκλοι. Ανωμέρεια: α- και β-. 5.Δραστικότητα. Αναγωγικά: Οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Tollen s. Μη Αναγωγικά: Δεν οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Tollen s.

5 5 Εναντιομέρεια Δύο μόρια έχουν σχέση αντικειμένου προς είδωλο, δηλ. είναι οπτικοί αντίποδες. Αν το -ΟΗ του μεγαλύτερου σε αρίθμηση χειρόμορφου άνθρακα είναι: Δεξιά D-σάκχαρο. Αριστερά L-σάκχαρο. * Στη φύση επικρατούν τα σάκχαρα της D-σειράς

6 Κυκλοποίηση - Ανωμέρεια Τα ανωμερή προκύπτουν με σχηματισμό εσωτερικής ημι-ακετάλης ή εσωτερικής ημι-κετάλης μεταξύ του καρβονυλικού ατόμου C και ενός από τα άτομα C που φέρουν υδροξύλιο. Με τον σχηματισμό αυτό η άκυκλη δομή μετατρέπεται σε ετεροκυκλική με δομή ανάλογη είτε του τετραϋδρο-πυρανίου είτε του τετραϋδρο-φουρανίου. Στη φύση οι δομές των σακχάρων είναι δομές ή ανακλίνδρου ή σκάφους σε αναλογία 1000: 1 υπέρ του ανακλίνδρου. Το ανάκλινδρο διακρίνεται σε CMD και CME. Η δομή CME έχει τον 1-C προς τα επάνω και η δομή CMD τον 1-C προς τα κάτω. Οι υδατάνθρακες παριστάνονται κατά Haworth σαν εξαμελείς ή πενταμελείς δακτύλιοι πυρανίου ή φουρανίου με το ετεροάτομο του οξυγόνου στο άνω μέρος και με τα -Η και τα - ΟΗ πάνω ή κάτω από το δακτύλιο. Δομή ανάκλινδρου 6

7 Κυκλικές μορφές μονοσακχαριτών 7 Οι μονοσακχαρίτες μπορούν να σχηματίζουν δακτυλίους με αντίδραση ενός ΟΗ με την καρβονυλομάδα προς σχηματισμό ημιακετάλης ή ημικετάλης

8 Οι πεντόζες και οι εξόζες μπορούν να κυκλοποιηθούν καθώς η κετόνη ή η αλδεΰδη αντιδρά με το απέναντι OH Η γλυκόζη σχηματίζει μία ενδομοριακή ημιακετάλη καθώς η καρβονυλομάδα του C1 της αλδεΰδης και η υδροξυλομάδα του C5 αντιδρούν και σχηματίζουν έναν εξαμελη δακτύλιο πυρανόζης H 4 OH 6CH 2 OH 5 H OH 3 H Αυτές οι παρουσιάσεις κυκλικών σακχάρων ονομάζονται προβολές Haworth O H 2 OH α-d-γλυκόζη 1 H H O H 4 OH H OH CHO H C OH 2 HO 3 C H H C 4 OH H C OH 5 6 CH 2OH OH D-γλυκόζη (γραμμικός τύπος) 6 CH 2 OH 5 H OH β-d-γλυκόζη H 8 OH

9 ΑΛΔΟΖΕΣ 9

10 Μονοσακχαρίτες 10

11 Μονοσακχαρίτες 11

12 Σιρόπι γλυκόζης (DE) % HCl % άμυλο DE 15-20min (+ NA 2 CO 3, SO 2 ) ph= α-αμυλάση 62 DE 3. Άμυλο ζελατινοποιημένο + α-αμυλάση + D-γλυκόζη ισομεράση HFCS

13 Χημικές ιδιότητες μονοσακχαριτών Σχηματισμός γλυκοζιτών Οξείδωση Αναγωγή

14 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΜΟΝΟΣΑΚΧΑΡΙΤΩΝ Οξείδωση Αλδονικό οξύ (Br 2, a.hno 3 ) Ουρονικό οξύ καταλυτική Αλδαρικό οξύ π. ΗΝΟ 3 Αναγωγή Fehling COOH COOH COOH COOH (π.χ. Γαλακτουρονικό οξύ) Αναγωγή - Αλδιτόλες CH 2 OH CH 2 OH (54) (σορβιτόλη, μαννιτόλη) -Η 2 Ο SPAN, TWEEN εστεροποιημένοι αιθέρες Βαθμός γλυκύτητας ξυλιτόλη (100)

15 Οξείδωση μονοσακχαριτών 15 H O C H C OH HO C H H C OH H C OH CH 2 OH + 2Cu 2+ OH - HO C H Αντιδραστήριο Benedict (μπλε) D γλυκόζη H H H OH H C C C C O OH OH OH CH 2 OH Αλδονικά οξέα + 2Cu + (κεραμιδί) D γλυκονικό οξύ Παράγωγα οξείδωσης μόνον του ημιακεταλικού -ΟΗ των αλδοζών είναι τα αλδονικά οξέα. Το αλδονικό οξύ της γλυκόζης ονομάζεται γλυκονικό οξύ κ.λ.π.

16 Οξείδωση μονοσακχαριτών 16 Με οξείδωση του τελευταίου μόνο C προκύπτουν τα ουρονικά οξέα (το γλυκουρονικό οξύ αντίστοιχα για τη γλυκόζη). Με οξείδωση και της αλδεϋδικής ομάδας και της υδροξυλικής του τελευταίου C προκύπτουν τα σακχαρικά οξέα π.χ. σακχαρικό οξύ από γλυκόζη.

17 Αναγωγή μονοσακχαριτών 17 Alditols Παράγωγα αναγωγής των μονοσακχάρων είναι οι πολυόλες οι οποίες χρησιμοποιούνται ως γλυκαντικές ύλες λόγω γλυκιάς γεύσης παραπλήσιας με τη γλυκόζη

18 18 Επίδραση αλκαλίων - Ενολοποίηση οξίνιση γλυκόζη, μαννόζη, φρουκτόζη επιμερίωση εν-διόλη Επίδραση ισχυρών οξέων πεντόζη εξόζη Φουρφουράλη HMF MH ENZYMATIKO ΜΑΥΡΙΣΜΑ: Αντίδραση Maillard

19 Γλυκοζίτες: Ακετάλες: σάκχαρο + αγλυκόνη (με ημιακεταλικό υδροξύλιο) Ο-γλυκοζίτες (φαινόλες, φλαβόνες, στερεοειδή, τερπενοειδή) ΑΝΘΟΚΥΑΝΕΣ, ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ Ν-γλυκοζίτες (νουκλεοτίδια) S-γλυκοζίτες (σινιγρίνη AITC) Κυανογενετικοί γλυκοζίτες (με υδρόλυση HCN ΑΜΥΓΔΑΛΙΝΗ) Γλυκοπρωτεΐνες Αντίδραση με φαινυλυδραλίνη +3 οζαζόνες (για ποιοτική ανάλυση)

20 Οι κυριότεροι υδατάνθρακες που απαντούν στα τρόφιμα Είδος Μονοσακχαρίτες Γλυκόζη Φρουκτόζη Δισακχαρίτες Σακχαρόζη Μαλτόζη Λακτόζη Ολιγοσακχαρίτες Ραφινόζη, Σταχυόζη Μονοσακχαρίτες από τους οποίους αποτελείται D-γλυκόζη, D-γλυκόζη D-γλυκόζη D-γαλακτόζη, D-γλυκόζη D-γαλακτόζη, D-γλυκόζη, D-φρουκτόζη Πηγές Φρούτα, φυτικά μέρη, αίμα, γλεύκος, μέλι κ.λ.π. Χυμοί φρούτων, μέλι, αίμα Σακχαροκάλαμο, τεύτλα, φρούτα, λαχανικά, μέλι Προϊόντα υδρόλυσης αμύλου Γάλα, τυρί, γαλακτοκομικά Όσπρια, δημητριακά, βαμβακόσπορος,σακχαρότευτλα

21 Πολυσακχαρίτες Άμυλο, δεξτρίνες D-γλυκόζη Δημητριακά, όσπρια, βολβοί, ρίζες Κυτταρίνη D-γλυκόζη Τοιχώματα κυττάρων φυτών Γλυκογόνο D-γλυκόζη Συκώτι, ζωϊκοί ιστοί L-αραβινόζη, D-ξυλόζη Κυτταρικά τοιχώματα φυτών, Ημικυτταρίνες L-ραμνόζη, D-μανόζη, δημητριακά, όσπρια, ξηροί D-γλυκουρονικό οξύ, καρποί, αλεύρι D-γαλακτουρονικό οξύ Πεντοζάνες L-αραβινόζη, D-ξυλόζη (όπου και οι ημικυτταρίνες) Πηκτινικές ύλες Ινουλίνη Κόμμεα D-γαλακτουρονικό οξύ, L-αραβινόζη, D-γαλακτόζη L-ραμνόζη, L-φουκόζη D-φρουκτόζη Φρούτα, λαχανικά, σακχαρότευτλα

22 Ολιγοσακχαρίτες 22 Σχηματίζονται με τη σύνδεση δύο ή περισσότερων μονοσακχαριτών με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Από την ένωση δύο απλών σακχάρων προκύπτει ένας δισακχαρίτης. Μαλτόζη Κελλοβιόζη Σακχαρόζη Λακτόζη Προϊόν υδρόλυσης αμύλου. Σχηματίζεται με α(1 4) γλυκοζιτικό δεσμό μεταξύ των C1 και C4 -OH δύο γλυκοζών Προϊόν υδρόλυσης αμύλου. Σχηματίζεται με β(1 4) γλυκοζιτικό δεσμό μεταξύ των δύο γλυκοζών Σχηματίζεται με α(1 2) γλυκοζιτικό δεσμό ανάμεσα στα ανωμερικά - ΟΗ γλυκόζης και φρουκτόζης. Σάκχαρο του γάλακτος. Αποτελείται από γαλακτόζη και γλυκόζη, με β(1 4) δεσμό από το ανωμερικό -OH της γαλακτόζης

23 Ολιγοσακχαρίτες 23

24 ΔΙΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ Μαλτόζη: α(1 4) γλυκοζιτικός δεσμός Ισομαλτόζη: α(1 6) γλυκοζιτικός δεσμός Κελλοβιόζη: β(1 4) γλυκοζιτικός δεσμός Γεντοβιόζη: β(1 6) γλυκοζιτικός δεσμός Τρεχαλόζη: α,α(1 1) γλυκοζιτικός δεσμός Άλλοι σημαντικοί δισακχαρίτες: Σακχαρόζη = Γλυκόζη + Φρουκτόζη α(1 2) γλυκοζιτικός δεσμός ή β(2 1) φρουκτοζιτικός δεσμός Λακτόζη = Γαλακτόζη + Γλυκόζη β(1 4) γαλακτοζιτικός δεσμός

25

26 26 Πολυσακχαρίτες Αποτελούνται από 10 και περισσότερες μονάδες μονοσακχαριτών ενωμένες με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Ομοπολυσακχαρίτες: αποτελούνται από ένα είδος μονοσακχαριτικής μονάδας Ετεροπολυσακχαρίτες: αποτελούνται από την ένωση τουλάχιστον δύο ειδών μονοσακχαριτών Ρόλος: Αποθήκευση ενέργειας: γλυκογόνο, άμυλο Δομικό συστατικό κυτταρικού τοιχώματος φυτικών κυττάρων: κυτταρίνη

27 ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΟΜΟ- και ΕΤΕΡΟ- ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ AΜΥΛΟ (starch) Γλυκάνη, σημαντικότερο τελικό προϊόν φωτοσύνθεσης. Κόκκοι (granules): πακέτα χαρακτηριστικού μεγέθους και σχήματος.

28 Πολυσακχαρίτες - Άμυλο 28

29 Αμυλόζη ( 25%): Αλυσίδα μοριων Γλυκόζης (MW= ), διαλυτή χωρίς διόγκωση. α(1 4) δεσμοί. ευθεία δομή (α-έλικα σε διάλυμα). Ικανότητα εγκλεισμού

30 Άμυλο στο οπτικό μικροσκόπιο με χρώση ιωδίου 30

31 Αμυλοπηκτίνη: Διακλαδισμένη άλυσσος, με πλευρικές αλύσσους γλυκοζών. DP = χιλιάδες α(1 6) δεσμοί MW = 1-10mil. Εξωτερικό κόκκου, διογκώνεται αμυλόκολλα

32 Άμυλο 32 Ζελατινοποίηση Το άμυλο αδιάλυτο στο νερό Θέρμανση διόγκωση κόκκων Αμυλόζη διαλυτοποιείται Οι κόκκοι χάνουν τη διαθλαστικότητα Διόγκωση των κόκκων σε θερμοκρασία ζελατινοποίησης Γρήγορη ψύξη σχηματισμός πήγματος (gel). Αναδιαμόρφωση (Retrogradation) Αργή ψύξη Γραμμικά μόρια επανασύνδεση με δεσμούς H Ίζημα Εγκλωβισμός νερού Ελάττωση διαλυτότητας και τάση προς επανακρυστάλλωση.

33 ΖΕΛΑΤΙΝΟΠΟΙΗΣΗ ΑΜΥΛΟΥ Η μη αντιστρεπτή διόγκωση των κόκκων με νερό κατά τη θέρμανσή του πάνω από μια κρίσιμη θερμοκρασία (Τ ζ ). Εύρος 10 C. Παράγοντες: ph, dq/dt, σάκχαρα, λιπαρά π.χ. Καλαμπόκι Πατάτα Σίτος Ρύζι Θερμοκρασία ζελατινοποίησης C C C C

34 Στάδια: α) Κρύο νερό. Κόκκοι αδιάλυτοι. Απορροφούν νερό αντιστρεπτά (25%) και διογκώνονται ελαφριά (9-20%). β) Τ δομή κόκκου σταδιακά μειώνεται, μέχρι το σημείο ζελατινοποίησης Τ ζ. Στο Τ ζ απώλεια κρυσταλλικότητας, ταχεία διόγκωση, μεγάλη συγκράτηση νερού. Διαλυτά μόρια αμυλόζης διαρρέουν από τον κόκκο. Αναντίστρεπτο. γ) διόγκωση. διαλυτό άμυλο. Τελικά κόκκοι διαρρηγνύονται, ιξώδες και κόκκοι συγκολούνται αναντίστρεπτα. Σχηματισμός πήγματος gel. Τα πήγματα του αμύλου διασπώνται εύκολα με μεγάλες διατμητικές τάσεις και υγροποιούνται. Αντιστρεπτό φαινόμενο. Με παλαίωση συναίρεση

35 Όταν το ζελατινοποιημένο άμυλο ψυχθεί, με το χρόνο γίνεται συσσωμάτωση και καθίζιση: αναδιαμόρφωση (retrogradation). Κυρίως αμυλόζη. Παραγωγή αμύλου: Α ύλη: καλαμπόκι Διαβροχή με νερό + 0.2% SO 2, 15 C, 35-45h Άλεση, αποφλοίωση. Πολτός. Προσθήκη SO 2 και Τ C Διαχωρισμός κόκκων αμύλου με φυγοκέντρηση, φιλτράρισμα. Ξήρανση

36 ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΑ ΑΜΥΛΑ Ήπια αποικοδόμηση ή φυσική κατεργασία ή αντίδραση ΟΗ με διάφορες ουσίες (οξικό ανυδρίτη, οξικό βινύλιο, φωσφορικά άλατα). Τροποποιημένα με οξύ (Acid modified-thin boiling) ιξώδες, Τ ζ, δυνατότητα διάλυσης υψηλής συγκέντρωσης, με ψύξη ισχυρά gel Εφαρμογές: τσίχλες, ζαχαρωτά Εστεροποιημένα - Αιθεροποιημένα Υδροξυαιθυλιωμένα (hydroxyethyllated) DS (+ οξείδιο Εt, 50 C) Τ ζ, διόγκωση κόκκων, διαφανή διαλύματα υψηλού ιξώδους που δεν σχηματίζουν gel Εφαρμογές: food thickening

37 Φωσφορικοί Μονοεστέρες (DS 0.25) (ξηρό άμυλο + όξινα άλατα όρθο, πυρο ή τρι Ρ, 60 C) Τ ζ, ιξώδες-διαφάνεια. Σταθερότητα σε ψύξη-απόψυξη Φωσφορικοί Διεστέρες ( cross-linked starch) (πολτός αμύλου + 2% τριμετα Ρ 1h στους 50 C) Εμποδίζουν διόγκωση κόκκων Τ ζ, πλέγμα σταθερότητα σε Τ, ph, μηχανική ανάδευση Όχι διαφανή. Εφαρμογές όπου απαιτείται σταθερότητα σε θέρμανση, ψύξη-απόψυξη

38 Οξικοί εστέρες (DS 0.5) (+ οξικό ανυδρίτη, 25 C, ph 7-11) Εμποδίζει το συσχετισμό μορίων αμυλόζης και γραμμικών μερών αμυλοπηκτίνης. Τ 3, αντίσταση σε gel, αναδιαμόρφωση. Σταθερά και διαφανή ιξώδη διαλύματα, και σε ψύξη-απόψυξη. Λευκασμένο άμυλο (bleached starch) (με υποχλωρικά άλατα ήπιος αποπολυμερισμός) Αυξάνει λευκότητα για εφαρμογές σαν σκόνη, και σπόρια βακτηρίων για προσθήκη σε κονσέρβες.

39 Με υψηλή αμυλόζη (high amylose) Πολύ ισχυρά, ταχέως σχηματιζόμενα gel Εφαρμογές: καραμέλες, κουρκούτια τηγανίσματος Δεξτρινιωμένο (υδρόλυση μέχρι διαλυτότητας σε κρύο νερό) ιξώδες. Φορέας αφυδατούμενων συστατικών

40 ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ (cellulose) Δομικό συστατικό φυτικών ιστών μαζί με ημικυτταρίνες, πηκτινικές ουσίες, λιγνίνη. Πολυμερές γλυκόζης με β(1 4) δεσμούς. DP ποικίλλει (π.χ για βαμβάκι) Καθαρή κυτταρίνη αδιάλυτη σε H 2 O, EtOH, α. οξέα και αλκάλια. Δομή μερικά κρυσταλλική μερικά άμορφη.

41 Μορφές κυτταρίνης χρήσιμες σαν πρώτες ύλες: Μικροκρυσταλλική κυτταρίνη (AVICEL) Aιθέρες με βιομηχανική εφαρμογή Μεθυλοκυτταρίνη (MC) thermogelation! Καρβοξυμεθυλοκυτταρίνη (CMC) ιξώδες, βοηθάει στη διαλυτοποίηση πρωτεϊνών, με τρισθενή άλατα gel

42 ΓΛΥΚΟΓΟΝΟ Αποθεματικός CHO σε ήπαρ και μύες. Όμοια δομή με αμυλοπηκτίνη. > ΜW και διακλαδώσεις. ΗΜΙΚΥΤΤΑΡΙΝΗ Ολοκυτταρίνη = Κυτταρίνη + Ημικυτταρίνη (διαλυτή σε αλκάλι) Ουδέτερο Α κλάσμα: Ξυλάνη με α-d-(1 4) δεσμούς με διακλαδώσεις αραβινόζης Όξινο Β κλάσμα: Ξυλάνη με α-d-(1 4) δεσμούς με δ μεθυλο-γλυκουρονικό οξύ - Ινουλίνη (φρουκτάνη) [probiotics, prebiotics] - Χιτίνη: στη θέση 2 -NHCOCH 3

43 ΠΗΚΤΙΝΕΣ (pectic substances) Συστατικό μεσοκυτταρικού χώρου φυτικών ιστών. Κυρίως πολυμερή γαλακτουρονικού οξέος. α-d-(1 4) γαλακτουρονικοί δεσμοί. Εστεροποίηση προς μεθυλεστέρες σε διαφορετικό βαθμό (DE) DE Πρωτοπηκτίνες > Πηκτινικά οξέα αδ. H 2 O (HMP) > > Πηκτινικά οξέα δ. H 2 O (LMP) > Πηκτινικά oξέα

44 Πεκτινάσες: πρωτοπεκτινάση, μεθυλεστεράση πηκτίνης, πολυγαλακτουρονάση ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΙΣΧΥΡΩΝ GEL (μαρμελάδες,πηκτές) Συνθήκες σχηματισμού gel: Α. DE > 50% πηκτίνη 0.3% min - 1% optimum ph= , 60-65% ζάχαρη DE 50-70% αργός, DE >70% ταχύς Σχηματισμός κατά την ψύξη. Αναντίστρεπτος μέχρι 100 C B. DE < 50% απαιτείται προσθήκη Ca 2+ ph= , χωρίς ζάχαρη (10-20% απαιτείται για πλαστικότητα), ταχύς Χρήση: κονσερβοποίηση ντομάτας, μαρμελάδες diet

45 ΚΟΜΜΕΑ (gums) Ορισμός: Υδατοδιαλυτοί πολυσακχαρίτες εκχυλιζόμενοι από τα φυτά και φύκη ή και μικροοργανισμούς και συντελλούντες στην αύξηση του ιξώδους ή στη δημιουργία gel. Κόμμεα από σπόρους: κόμμι γκουάρ (guar), χαρουπάλευρο (locust beam gum) ΓΑΛΑΚΤΟΜΑΝΝΑΝΕΣ Γκουάρ (πηγή Cyamopsis tetragonolobus): β(1 4) μαννοζικοί δεσμοί με μια ομάδα α(1 6) γαλακτόζη ανά δύο μαννόζες. MW= % n=6000cps

46 Τ S. Δεν επηρεάζεται από ph, άλατα. Συνεργισμός με άμυλο και άλλα κόμμεα. Χρήσεις: για αύξηση ιξώδους, σώματος, μείωση συναίρεσης. Τυριά, παγωτά, κρέμες, αλλαντικά, σάλτσες. Χαρουπάλευρο(πηγή χαρουπιά: Ceratonia siliqua): Αλυσίδα μαννάνης με ομάδες γαλακτόζης, όχι ομοιόμορφα κατανεμημένες (4:1). Μεγάλα τμήματα μαννάνης χωρίς διακλάδωση. Συνεργισμός με καραγεννάνες σε σχηματισμό gel. Διαλύεται μόνο σε ζεστό νερό ιξώδες

47 Εκκρίματα φυτών: αραβικό κόμμι, τραγακανθικό κόμμι (tragacanth), κόμμι καράγια Αραβικό (έκκριμα Acacia): Πολύπλοκος ετεροπολυσακχαρίτης με MW Κορμός (1 3) γαλακτοπυρανόζης με (1 6) διακλαδώσεις γαλακτόζης, γλυκόζης, ραμνόζης, αραβινόζης. Διαλύματα με Νευτωνική συμπεριφορά ως 40%. Στα 50% gel ως αμύλου. Επηρεάζεται από ph. Ασύμβατο με ζελατίνη, αλγινικά. Χρήσεις: για ιξώδες, σταθεροποίηση γαλακτωμάτων, αποτροπή κρυστάλλωσης. ΚΥΡΙΩΣ ως φορέας αφυδατωμένων αρωματικών α υλών (encapsulated).

48 Εκκρίματα φυκών: καραγεννάνη, αλγινικά, άγαρ Καραγεννάνες (πηγή φύκη Irish moss:chondrus crispus): Μίγμα πολυμερών ι-, κ-, λ-, μ-, ν-καραγεννάνη. Θειϊκοί εστέρες β-d-(1 4) γαλακτόζης, 3,6-άνυδρο-β-Dγαλακτόζης (1 3). Εμπορική: 60% κ (gelling), 40% λ (nongelling) Άλατα Κ gel, εύθραθστο, συνεργισμός με χαρουπάλευρο Άλατα Να υψηλό ιξώδες, διαλυτότητα εν ψυχρώ

49 Συνεργισμός με CMC, γκουάρ, χαρουπάλευρο. Όχι συμβατή με αγινικά, πηκτίνη. Σε ph<5 υδρολύεται! Χρήσεις: σταθεροποίηση γαλακτοκομικών προϊόντων. Κρέμες, τυριά, παγωτά, γιαούρτια, γάλατα. Επίσης, σε αρτοποιήματα και κέικ. Αλγινικά (πηγή φαιοφύκη, Macrocystis pyrifera): Γραμμικός πολυσακχαρίτης αποτελούμενος από D-μαννουρινικό οξύ (Μ) και L-γουλουρονικό οξύ (G). Ο λόγος Μ/G καθορίζει τις ιδιότητες του διαλύματος. Τμήματα πολυ-μ, πολυ-g συνδεδεμένα με εναλλασόμενα M-G. Αλγινικά άλατα Κ, Να, ΝΗ 4 και αμινών διαλυτά σε κρύο Η 2 Ο, αλλά δι-τρισθενή μέταλλα αδιάλυτα

50 Δίδουν διαλύματα υψηλού ιξώδους. Τ n. Σταθερά σε ph Gel εν ψυχρώ με προσθήκη Ca 2+ ή ph<3. Σταθεροποίηση επιδορπίων, γαλακτοματοποιημένων σαλτσών, σταθεροποίηση αφρού. Άγαρ (πηγή ροδοφύκη): Αγαρόζη - αγαροπηκτίνη Γαλακτάνες με β-(1 4) δεσμούς D-γαλακτόζης-3,6-άνυδρο-Lγαλακτόζης. 5-10% θειϊκούς εστέρες για αγαροπηκτίνη Πολύ ισχυρά gel μέχρι 85 C. Συνεργισμός με χαρουπάλευρο και ζελατίνη.

51 Κόμμεα από μικροοργανισμούς: ξανθάνη, κόμμι τζέλλαν Ξανθάνη (xanthan gum πηγή Xanthomonas campestris): Κορμός κυτταρίνης με διακλαδώσεις στεροποιημένων ολιγοσακχαριτών. Ευδιάλυτη σε κρύο-θερμό Η 2 Ο. Πολύ ιξώδες, δεν επηρεάζεται από T, ph. + guar n + χαρουπάλευρο θερμοαντιστρεπτά gel Χρήσεις: αναψυκτικά, κονσερβοποιημένα, κατεψυγμένα τρόφιμα σταθεροποιημένα με άμυλο ( συναίρεση), επιδόρπια, γαλακτοποιημένες σάλτσες. Gellan

52 52 Αντιδράσεις Maillard Οι αντιδράσεις αυτές ονοµάστηκαν αντιδράσεις Maillard, αντιδράσεις αµαύρωσης, ή browning reactions. Ορισµένοι (λανθασµένα) τις ταυτίζουν µε την καραµελοποίηση της ζάχαρης, που όµως εµπλέκει µόνο σάκχαρα. Η αντίδραση Maillard και τα παράγωγά της είναι υπεύθυνα για το χρώµα και τη γεύση στις τροφές (τσιγαρισµένα κρέατα, κόρα του ψωµιού, καβουρδισµένος καφές και σε πλείστα άλλα φρυγανισµένα, ροδισµένα, καβουρδισµένα προϊόντα).

53 53

54 54 Αντιδράσεις Maillard Ο Louis Camille Maillard ανακάλυψε τις πολύπλοκες αντιδράσεις που συντελούνται µεταξύ ενός αµινοξέος και ενός σακχάρου µε την παρουσία της θερµότητας το 1910.

55 55 Αντιδράσεις αμαύρωσης 1. Αρχικό στάδιο: Σχηματισμός Ν-γλυκοζίτη 2. Μετασχηματισμός Amadori 3. Ενδιάμεσα στάδια 4. Τελικά στάδια 5. Αντίδραση Strecker

56 Αντιδράσεις Maillard 56

57 Αντιδράσεις Maillard: 1 ο Στάδιο 57 Η καρβονυλική οµάδα αντικαθίσταται µε πυρηνόφιλη υποκατάσταση από αµίνη O H C H C OH HO C H H C OH H C OH C HOH 2 σάκχαρο + H 2 -N-R αµίνη H + H C=N-R H C OH HO C H H C OH H C OH CH 2 OH + H 2 O Βάση Schiff Καταλύεται από οξέα Υψηλά πρωτονιοµένες αµίνες, πυρηνόφιλη υποκατάσταση

58 58 Βάση Schiff: Μηχανισµός σχηµατισµού + H C H 2 -N-R O O H C -N-R H H + H C=N-R H O Βάση Schiff 2 Μετακίνηση πρωτονίου H C=N-R 2 H OH H C -N-R H H + OH 2 H C -N-R H Αποβολή νερού

59 59 Αντιδράσεις Maillard : Μετάθεση Amadori H + H C=N-R C OH HO C H H C OH H C OH C HOH 2 Βάση Schiff H + H C=N-R C OH HO C H H C OH H C OH Ισοµερίωση βάσης Schiff H + H H C -N-R C OH HO C H H C OH H C OH CH 2 OH C HOH 2 Ένωση Amadori H H 2 - C-N-R C = O HO C H H C OH H C OH CH 2 OH

60 Αντιδράσεις Maillard: Τελευταία στάδια 60 Απαµίνωση και περαιτέρω ισοµερίωση οδηγεί σε δικαρβονυλικά προϊόντα Πολύ ενεργά Πολλά προϊόντα, π.χ. 5-υδροξυµεθυλο-2- HOH 2 C HC C O HMF CH C H C = O φουραλδεΰδη (υδροξυµεθυλο φουρφουράλη, HMF) HMF, Ρύθµιση της αντιδράσεις µέσω προϊόντων Amadori Τα κυκλικά παράγωγα πολυµερίζονται και σχηµατίζουν καστανόχρωµες, αδιάλυτες µελανοϊδίνες C H 3 C = O C = O H C OH H C OH CH 2 OH Δικαρβονυλικές ενώσεις

61 Αντιδράσεις Maillard: Σύνοψη 61 Αντίδραση µεταξύ σακχάρων και αµινών Η φρουκτόζη λιγότερο ενεργή από τις αλδόζες Το ρόλο των αµινών επιτελούν πρωτεΐνες ή αµινοξέα Οι αντιδράσεις Maillard προκαλούν απώλειες σε απαραίτητα αµινοξέα (π.χ. λυσίνη) Η θέρµανση επιταχύνει την αντίδραση Συµβαίνει γρηγορότερα σε µαγειρεµένα τρόφιµα Συµβαίνει αργά αλλά σηµαντικά σε χαμηλότερες θερµοκρασίες

62 Αντιδράσεις Maillard: Σύνοψη 62 Γρηγορότερες αντιδράσεις από ότι σε µέτρια όξινο ph (ph 4-7) τα οξέα καταλύουν το 1 ο στάδιο τα οξέα πρωτονιώνουν την αµίνη χαµηλή νουκλεοφιλότητα Ήπια όξινες συνθήκες Γρηγορότερη η αντίδραση σε µέτρια επίπεδα νερού προάγει την κινητικότητα των αντιδρώντων Συµµετοχή νερού στα µεταγενέστερα στάδια των αντιδράσεων (30 ως 70% υγρασία) Πολύ νερό στρέφει την αντίδραση αντίστροφα Σάκχαρο + αµίνη ιµίνη + νερό Απαραίτητο το νερό

63 63 Αντιδράσεις Maillard: Συνέπειες Οδηγεί σε επιθυµητά αρώµατα και χρώµατα σε κάποια τρόφιµα Οδηγεί σε ανεπιθύµητα αρώµατα και χρώµατα σε κάποια τρόφιµα Προκαλεί απώλειες απαραίτητων αµινοξέων Επηρεάζει ειδικά τη λυσίνη Επιθυμητές συνέπειες Άρτος Σοκολάτα Ψηµένο κρέας Καφές Ανεπιθυμητές συνέπειες Πατάτες Σκόνη γάλακτος

64 64 Αντιδράσεις Maillard: Αναστολή μείωση της θερμοκρασίας προκαλεί αναστολή ποσοστό ύδατος/υγρασίας στα υγρά τρόφιμα η μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε νερό (αραίωση) ελαττώνει τη συγκέντρωση των αντιδρώντων σωμάτων άρα και την ταχύτητα της αντίδρασης. Στα στερεά τρόφιμα, εάν λείπει το νερό, τότε δεν υπάρχει περίπτωση διαλυτοποίησης/επαφής των μορίων των αντιδρώντων σωμάτων, άρα και έναρξης της αντίδρασης. η αντίδραση αναστέλλεται σε ενεργότητα νερού διαφορετική από 0,6-0,8 μείωση του ph (π.χ. με προσθήκη κιτρικού οξέος) αδρανοποιεί τις ελεύθερες αμινομάδες, που κανονικά θα συμμετείχαν στην αντίδραση. Η προσθήκη βάσεων ευνοεί την αντίδραση διαθεσιμότητα των αντιδρώντων, η αντίδραση μπορεί να παρεμποδιστεί με ένζυμα (καταστροφή της δραστικής ομάδας του σακχάρου) ή χημικά (δέσμευση καρβονυλομάδας σακχάρου με θειώδη άλατα).

65 65 Καραµελοποίηση Σε υψηλές θερµοκρασίες: Ισοµερίωση Αποµάκρυνση νερού Οξείδωση Καραµελοποίηση συµβαίνει σε: Υψηλές θερµοκρασίες (~150 C) Απώλεια νερού/υψηλά σάκχαρα ΟΛΑ τα σάκχαρα αντιδρούν (ανάγοντα και µη ανάγοντα) Όχι αµίνες Σχηµατισµός: Ενεδιόλες ικαρβονύλια Άρωµα καραµέλας και χρωστικές

66 Καραµελοποίηση: Μηχανισµός αφυδάτωσης 66 Αποµάκρυνση νερού από µία ενεδιόλη H C - OH C OH HO C H H C OH H C OH CH 2 OH ενεδιόλη 1. αφυδάτωση 2. ισοµερίωση + H C - OH C OH H 2 O - C H H C OH H C OH CH 2 OH H + 2 H O, H + H C = O C =O H - C -H H - C - OH H - C - OH CH 2 OH Δικαρβονυλική ένωση H C = O C OH C H H C -OH H C OH CH 2 OH ισοµερίωση

67 Καραµελοποίηση: Συνέπειες 67 Επιθυµητό άρωµα και χρώµα σε πολλά τρόφιµα Άρωµα καραµέλας, καφές, μπύρα Μαλτόλη (παράγεται και από αντιδράσεις Maillard) Προέλευση: Φυσικό συστατικό που εµπορικά εξάγεται από την ψηµένη βύνη. Επίσης, παράγεται από τη ζέση της λακτόζης και της µαλτόζης. Ενισχυτικό γεύσης. Έχει γλυκιά και σαν καραµέλα γεύση. Μειώνει την ποσότητα ζάχαρης που χρειάζεται στα προϊόντα. Επίσης ενισχύει τη γεύση της σοκολάτας, του καφέ, της βανίλιας, του καρυδιού και του σφενδάμου. Χρησιµοποιείται σε πολλά προϊόντα, κυρίως ζαχαροπλαστικής και αρτοποιίας. Κάποιες φορές οδηγεί σε ανεπιθύµητα αρωµατικά συστατικά και οσµή καµένου σακχάρου

68 Ενζυµική αµαύρωση 68 εν συµµετέχουν υδατάνθρακες Οξείδωση φαινολών Καταλύονται από πολυφαινολοξειδάση Υποστρώµατα είναι οι ενώσεις φαινολικής δοµής OH CH2 CH COOH NH 2 OH HO τυροσίνη HC=CH-COOH Καφεϊκό οξύ

69 69 Ρόλος υδατανθράκων στα τρόφιμα Δημιουργία αρώματος (αντίδραση Maillard). Ψημένα τρόφιμα: άρωμα καβουρντισμένου καφέ, ψωμιού, καλαμποκιού, κρέας ψημένο στα κάρβουνα. Ενίσχυση γεύσης: Η δυνατότητα δημιουργίας δεσμών H, ενισχύεται η γλυκύτητα. Γλυκαντικές ύλες. Σακχαρώδης διαβήτης. Διαιτητικές ίνες.

70 70 Γλυκαιμικός δείκτης (ΓΔ) Μας δείχνει πόσο πολύ και πόσο γρήγορα αυξάνει το σάκχαρο στο αίμα, μετά τη λήψη της τροφής. Ανώτατη τιμή: 100 (γλυκόζη). Χαμηλός: < 55. Μέτριος: Υψηλός: >70. Μακροχρόνια λήψη τροφών με υψηλό ΓΔ, αυξάνει τον κίνδυνο για σακχαρώδη διαβήτη τύπου 2. Γενικός έλεγχος της διατροφικής αξίας του τροφίμου.

71 Παράγοντες που επηρεάζουν τον γλυκαιμικό δείκτη 71 Ο πρώτος παράγοντας είναι η ποσότητα των φυτικών ινών (ιδιαίτερα των διαλυτών ινών) που περιέχει ο υδατάνθρακας. Ο δεύτερος παράγοντας είναι η ποσότητα λίπους που περιέχει η πηγή του υδατάνθρακα (όσο περισσότερο λίπος καταναλώνεται μαζί με τον υδατάνθρακα, τόσο πιο αργή είναι η είσοδος του υδατάνθρακα στο αίμα). Ο τρίτος παράγοντας είναι ο τύπος του σύνθετου υδατάνθρακα. Όσο περισσότερη γλυκόζη περιέχει, τόσο μεγαλύτερος είναι ο γλυκαιμικός δείκτης του υδατάνθρακα, ενώ όσο περισσότερη φρουκτόζη περιέχει ο υδατάνθρακας, τόσο χαμηλότερος είναι ο γλυκαιμικός δείκτης. Αυτό συμβαίνει, διότι η φρουκτόζη δεν μπορεί να εισέλθει στο αίμα αν δεν μετατραπεί πρώτα από το συκώτι σε γλυκόζη μία διαδικασία σχετικά αργή.

72 Γλυκαιμικός δείκτης ορισμένων τροφίμων 72 Τρόφιμα Χαμηλός (<55) Μέτριος Υψηλός Πλήρες γάλα 27 Δημητριακά all bran 34 Μακαρόνια άσπρα 44 Ψωμί σίκαλης 51 Πίτα για σουβλάκι 57 Κρουασάν σκέτο 67 Σύκα ξερά 61 Πορτοκαλάδα FANTA 68 Άσπρο ψωμί 71 Καρπούζι 76 Πατάτες τηγανητές 75 Ποπ-κορν 72

73 73 Γλυκαιμικό φορτίο Το γλυκαιμικό φορτίο προκύπτει αν πολλαπλασιάσουμε το γλυκαιμικό δείκτη με την περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες, και διαιρέσουμε με το 100. Είναι πολύ πιο σημαντικός από τον γλυκαιμικό δείκτη στον προσδιορισμό της διέγερσης της ινσουλίνης μετά από ένα γεύμα.

74 74 Γλυκαιμικό φορτίο σε τρόφιμα Πηγή Τυπική ποσότητα Φρούτα Γραμμάρια υδατανθράκων Γλυκαιμικός δείκτης Μήλο Χυμός μήλου 230 ml Βερίκοκο Μπανάνα 1 μέτρια Πεπόνι (στρογγυλό) 160 g 15 65

75 75 Γλυκαντικές ουσίες Φυσικές Τεχνητές

76 76 Φυσικά γλυκαντικά Οι φυσικές γλυκαντικές ύλες διακρίνονται σε ζαχαρούχες και μη ζαχαρούχες. Οι ζαχαρούχες γλυκαντικές ύλες είναι οι φυσικής προέλευσης μεγάλης θρεπτικής άξιας μονοσακχαρίτες, δισακχαρίτες ή μίγματα αυτών που είτε απομονώνονται απευθείας ως έχουν από τους φυσικούς ιστούς είτε προκύπτουν από υδρόλυση κατάλληλων φυσικών πρώτων υλών. Σακχαρόζη ή Σουκρόζη ή καλαμοσάκχαρο ή ζάχαρη Μέλι Φρουκτόζη Μαλτόζη Λακτόζη Δεξτρόζη Μελάσα Πετιμέζι Χαρουπόμελο Ζάχαρη σφενδάμου και Σιρόπι σφενδάμου.

77 77 Φυσικά γλυκαντικά Οι μη ζαχαρούχες γλυκαντικές ύλες χαρακτηρίζονται ως οι φυσικής προέλευσης και χαρακτηριστικής γλυκιάς γεύσης ύλες, που χημικά ανήκουν κατά κανόνα σε διάφορες τάξεις πολυαλκοολών και οι οποίες είναι μεν θερμιδογόνες όταν καίγονται στον οργανισμό κατά κανόνα όμως αποτελούν φτωχή πηγή βιοσύνθεσης σακχάρων (γλυκογένεσης) γι αυτό βρίσκουν εφαρμογή για την παρασκευή προϊόντων για ειδικούς διαιτητικούς σκοπούς. Σορβιτόλη Μαννιτόλη Ξυλιτόλη Ισομαλτόζη Λακτιτόλη Ταγκατόζη Ερυθριτόλη Μαλτιτόλη και Σιρόπια μαλτιτόλης Στέβια γλυκοζίτες στεβιόλης (Στεβιοσίδη / Ρεμπουδιοσίδη A) Θαυματίνη Μογκροσίδη Γλυκορριζίνη bulk sweeteners intense sweeteners

78 78 Εναλλακτικά γλυκαντικά Ακετοσουλφάμη-Κ (Ε 950) Ασπαρτάμη (Ε 951) Άλας ασπαρτάμης-ακετοσουλφάμης (Ε 962) Κυκλαμικό οξύ και τα άλατά του (Ε 952) Σακχαρίνη και τα άλατά της (Ε 954) Σουκραλόζη (Ε 955) Νεοεσπεριδίνη DC (Ε 959) Νεοτάμη (Ε 961)

79 79 Γλυκαντικές ουσίες - κατάταξη Βάσει νομοθεσίας οι «γλυκαντικές ύλες» κατατάσσονται σε: γλυκαντικές ύλες «όγκου» (bulk sweeteners) ή πολυαλκοόλες, οι οποίες αποδίδουν λιγότερες θερμίδες από τη ζάχαρη και επηρεάζουν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα αλλά με πιο ομαλό τρόπο όπως για παράδειγμα, η ξυλιτόλη, η μαννιτόλη, η ισομαλτόζη, η μαλτιτόλη κ.λ.π. ύλες «έντονης γλυκύτητας» (intense sweeteners) οι οποίες αποκαλούνται «ολιγοθερμιδικές γλυκαντικές ύλες» όπως η ασπαρτάμη, η ακεσουλφάμη Κ, το κυκλαμικό οξύ και τα άλατά του, η σακχαρίνη, η σουκραλόζη και πρόσφατα η στέβια.

80 80 Διαιτητικές ή φυτικές ίνες Είναι δομικά στοιχεία των φυτικών κυττάρων που δεν πέπτονται από τα πεπτικά ένζυμα του ανθρώπου. Είναι αποκλειστικά φυτικής προέλευσης. Δεν αποδίδουν ενέργεια στον οργανισμό. Δεν είναι δυνατή η πέψη και η απορρόφησή τους στο λεπτό έντερο και αποβάλλονται από το παχύ έντερο.

81 81 Κατηγορίες διαιτητικών ινών Αδιάλυτες στο νερό: κυτταρίνη, ημικυτταρίνες (πολυμερή πεντοζών), ινουλίνη (πολυμερές της φρουκτόζης). Διαλυτές στο νερό: πηκτίνες, πολυμερή του γαλακτουρονικού οξέος, πολυμερή μονοσακχαριτών που σχηματίζουν πηκτές στο νερό, κόμμεα. Λιγνίνες: μη υδατανθρακικά παράγωγα.

82 Βασικές λειτουργίες διαιτητικών ινών 82 Αδιάλυτες στο νερό Συγκρατούν νερό στο έντερο και αυξάνουν σε όγκο και διατηρούν την υγεία του πεπτικού συστήματος. Αποφυγή δυσκοιλιότητας, αιμοροΐδων, προβλημάτων του εντέρου. Μειώνουν τον κίνδυνο για εμφάνιση καρκίνου του παχέος εντέρου. Διαλυτές στο νερό Επιμηκύνουν χρονικά το αίσθημα του κορεσμού. Μειώνουν τη λήψη ενέργειας και συντελούν στον έλεγχο του σωματικού βάρους. Πιθανόν μειώνουν την εμφάνιση καρδιαγγειακών παθήσεων μειώνοντας τα επίπεδα της χοληστερόλης στο αίμα. Ρυθμίζουν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα.

83 83 Διαιτητικές ίνες και τρόφιμα Φρούτα Λαχανικά Όσπρια Ξηροί καρποί Δημητριακά ολικής άλεσης και προϊόντα Συνιστώμενη ημερήσια δόση: g

84 ΓΛΥΚΑΝΤΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ 84 Γλυκύτητα (Sweetness) Θεωρία Shallenberger & Acree: Ένα μοριακό σύστημα δότη και δέκτη πρωτονίου με απόσταση περίπου 0,3nm. Ένα συστατικό έχει γλυκιά γεύση όταν το επονομαζόμενο ΑΗ-Β σύστημα μπορεί να αλληλεπιδράσει με ένα συμπληρωματικό σύστημα που βρίσκεται στη μεμβράνη των αισθητήρων γεύσης. Αλληλεπίδραση γλυκαντικής ουσίας και αισθητήρα γεύσης μέσω του ΑΗ-Β συστήματος της σακχαρίνης

85 Ένταση γλυκύτητας (Sweetness Intensity) Η ένταση της γλυκύτητας μιας ουσίας μπορεί να εκφραστεί με διάφορους τρόπους. Η παράμετρος Sweetness Intensity χρησιμοποιείται συνηθέστερα και συγκρίνεται η γλυκύτητα διαλύματος 0,1mol/L σουκρόζης με εκείνη διαλύματος ίδιας συγκέντρωσης της γλυκαντικής ουσίας. Προσδιορίζεται οργανοληπτικά. Γλυκαντική ουσία Ένταση γλυκύτητας sucrose 1 sodium cyclamate 35 glycyrrhizin 50 stevioside 160 acesulfame K 200 aspartame 200 rebaudioside A 250 neohesperidin dihydrochalcone 330 sodioum saccharin 450 saccharin 550 alitame 2500 thaumatin

86 Γλυκαντικές ουσίες 86 Ακεσουλφάμη K Σύνθεση ακεσουλφάμης K (2 εναλλακτικοί τρόποι)

87 Ασπαρτάμη 87 Σύνθεση ασπαρτάμης

88 Κυκλαμικό 88 Σύνθεση κυκλαμικού

89 Σακχαρίνη 89 Σύνθεση σακχαρίνης Remsen-Fahlberg Σύνθεση σακχαρίνης Maumee

90 Άλλες γλυκαντικές ουσίες 90 Γλυκυχιρζίνη Neohesperidin Dihydrochalcone Σύνθεση neohesperidin dihydrochalcone από ναρινγίνη

91 Stevioside και Rebaudioside 91 Stevioside Rebaudioside A

92 Σουκραλόζη 92 Σύνθεση σουκραλόζης Trt=PH 3 C=trityl group

93 Νέες γλυκαντικές ουσίες 93 Αλιτάμη Δουλκίνη